بخشی از مقاله
چکیده
استحاله مارتنزیتی متأثر از تنش - Stress-Induced Martensitic - شدیداً وابسته به دماست و نرخ کرنش با تأثیر مستقیم بر دمای ماده، نقش مهمی در تعیین رفتار سوپرالاستیک بازی میکند. در تحقیق حاضر منحنیهای تنش-کرنش سیم حافظهدار NiTi، به منظور بررسی رفتار سوپرالاستیک در نرخهای کرنش مختلف مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور آزمون کشش در محدوده نرخ کرنش 0/006/min تا 1/2/min و دامنه کرنش %10، در دمای اتاق انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش نرخ کرنش، ناحیه تنش ثابت در مرحله بارگذاری به سمت بالا جابجا میشود و ناحیه تنش ثابت در مرحله باربرداری ابتدا به سمت پایین و سپس به بالا جابجا میگردد. همچنین با افزایش نرخ کرنش، کرنش دائمی افزایش و کرنش سوپرالاستیک ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت.
واژههای کلیدی: رفتار سوپرالاستیک، استحاله مارتنزیتی متأثر از تنش، نرخ کرنش، ناحیه تنش ثابت، کرنش دائمی، کرنش سوپرالاستیک
مقدمه
استحالههای مارتنزیتی در آلیاژ حافظهدار NiTi موجب ایجاد ویژگیهای منحصر به فرد حافظهداری و سوپرالاستیک میشود که آنها را از دیگر مواد متمایز میکند. رفتار سوپرالاستیک در حالتی رخ میدهد که نمونه در فاز آستنیتی قرار دارد. در این حالت اعمال نیروی به اندازه کافی بزرگ موجب میشود که نمونه پس از رسیدن به یک تنش بحرانی دچار استحاله مارتنزیتی از آستنیت به مارتنزیت شود که به صورت یک ناحیه تنش ثابت در منحنی تنش-کرنش ظاهر میگردد. اگر باربرداری صورت گیرد استحاله مارتنزیتی بازگشتی رخ میدهد و در یک تنش ثابت مارتنزیت به آستنیت تبدیل میشود. در نتیجه این رفتار یک حلقه هیستریزیس در طول یک سیکل بارگذاری و باربرداری در منحنیهای تنش-کرنش ایجاد میشود. این رفتار موجب میشود که نمونه پس از صرف انرژی تغییر شکل بالا در طول بارگذاری، مقدار زیادی از این انرژی را در طول باربرداری بازیابی کند. این انرژی قابل بازیابی که به عنوان ظرفیت جذب ماده در نظر گرفته میشود، مربوط به اصطکاک درونی ماده است که در طول حرکت فصل مشترک بین واریانتهای مارتنزیتی و مرزهای فازی زمینه آستنیتی رخ میدهد .[1]
آزمایش کشش در نرخهای کرنش مختلف با تغییر تنشهای بحرانی استحالههای مارتنزیتی رفت و برگشت و روند استحالهها موجب تغییر رفتار سوپرالاستیک میشود و بر مقدار انرژیهای تغییرشکل و قابل بازیابی اثر میگذارد.
در این تحقیق اثر نرخ کرنش بر رفتار استحاله مارتنزیتی متأثر از تنش به کمک آزمون کشش بررسی شد و پارامترهای به دست آمده از این منحنی مورد مقایسه قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق، از سیمهای حافظهدار NiTi با ترکیب شیمیایی غنی از نیکل استفاده شد. نمونههای مورد آزمایش دارای مقطع دایره و قطر 0/46mm بودند. به منظور انجام آزمایش کشش از دستگاه کشش Zwick با لودسل 250KN استفاده شد. برای انجام این آزمایش نگهدارندهای با طراحی ساده ساخته شد. شکل 1 این نگهدارنده به همراه سیم داخل آن و نحوه قرارگیری آن در دستگاه کشش را نشان میدهد. طول نمونهها جهت آزمایش کشش 80mm انتخاب شد. آزمایش کشش سیکلی در نرخهای کرنش 0/006/min، 0/02/min، 0/06/min، 0/6/min و 1/2 /min تا حداکثر کرنش %10 در دمای اتاق انجام شد. جهت بررسی مشخصات منحنیهای تنش-کرنش در نرخهای کرنش مختلف پارامترهای مربوطه از این منحنیها استخراج شدند که در زیر آورده شدهاند.
Ms ، تنش اولیه استحاله پیشرونده به مارتنزیت. Mf ، تنش پایانی استحاله پیشرونده به مارتنزیت. As ، تنش اولیه استحاله بازگشتی به آستنیت. Af ، تنش پایانی استحاله بازگشتی به آستنیت. Ed ، انرژی تغییر شکل که انرژی مورد نیاز برای تغییر شکل ماده تا کرنش ماکزیمم است. این انرژی از مساحت زیر منحنی بارگذاری به دست میآید و بر حسب انرژی بر واحد حجم میباشد. Er، انرژی قابل بازیابی که از مساحت زیر منحنی باربرداری به دست میآید و بر حسب انرژی کرنش قابل بازیابی بر واحد حجم میباشد. Wd، انرژی هدر رفته که از مساحت درون حلقه هیستریزیس در طول یک سیکل بارگذاری - باربرداری به دست میآید و برحسب کار هدر رفته بر واحد حجم میباشد. SE ، تغییرشکل سوپرالاستیک در طول استحاله SIM که از اندازهگیری کرنش در امتداد ناحیه تنش ثابت در مرحله بارگذاری به دست میآید. P ، کرنش دائمی غیر قابل بازیابی.
شکل 2 این پارامترها را بر روی یک منحنی تنش-کرنش شماتیک نشان میدهد.
نگهدارنده سیم
شکل .1 تصویر دستگاه کشش به همراه نگهدارنده و سیم.
شکل .2 منحنی تنش-کرنش آلیاژ حافظهدار .NiTi
